Материал: Технологические основы современных способов сварки. учебное пособие. Пешков В.В., Коломенский А.Б

рительные свойства швов на высокопрочных сплавах можно получить при сварке проволокой, отличной по составу от основного металла.

При сварке плавящимся электродом важнейшим процессом, определяющим его стабильность и качество формирования шва, является процесс формирования капель на электроде и перенос их в ванну. Пр и обычном процессе плавящимся электродом управлять процессом плавления электрода довольно трудно.

В ИЭС им. Е.О. Патона разработан процесс сварки плавящимся электродом с импульсным режимом питания дуги. Теплота, выделяемая основной дугой, горящей в перерыве между импульсами, сравнительно невелика и недостаточна для плавления электродной проволоки с заданной скоростью. Под действием импульса сварочного тока происходит ускоренное плавление электрода, и образовавшаяся на его конце капля сбрасывается в ванну.

При таком процессе появляется возможность регулировать плавление электродного металла, задавать определённый размер капель, контролировать время пребывания их в дуге и в конечном итоге задавать ход металлургических реакций при сварке с целью получения требуемого состава и свойств шва. Импульсные изменения тока оказывают воздействие на ванну жидкого металла, обеспечивая получение более мелкой структуры металла шва, плавных очертаний швов с мелкочешуйчатым строением.

Пульсация дуги и перенос присадочного металла в виде отдельных капель, отрывающихся от электрода по заданной программе, открывают возможность для сварки в различных пространственных положениях.

Импульсная сварка алюминиевых сплавов может осуществляться от тех же источников, которые применяют при сварке непрерывно горящей дугой при совместном включении с генератором импульсов.

231

Плазменная сварка (сжатой дугой) алюминия и его сплавов выполняется на переменном и постоянном токе обратной полярности. Она по сравнению с аргоно-дуговой сваркой вольфрамовым электродом, позволяет повысить производительность на 50-70%, снизить расход аргона в 4-6 раз, улучшить качество сварных соединений. Сварка на постоянном токе имеет преимущества при изготовлении конструкций из нагартованных и термически упрочненных алюминиевых сплавов, поскольку характеризуется меньшей погонной энергией. При плазменной сварке на постоянном токе снижается расход присадочной проволоки до 40%, заметно суживаются швы, снижаются требования к качеству подготовки свариваемых поверхностей: можно получить швы с удовлетворительными механическими свойствами при «нетравленом» основном металле. Так как электросопротивление плёнки оксидов Al2O3 высокое, то сварка по неочищенной от плёнки оксидов поверхности металла приводит к сужению активного пятна и увеличению проплавляющей способности дуги.

Плазменную сварку стыковых соединений из алюминиевых сплавов толщиной до 8 мм выполняют без разделки кромок с зазором до 1,5 мм за один проход на стальной прокладке или с двух сторон на весу. Ориентировочные режимы плазменной сварки стыковых соединений из сплава АМг6 на переменном токе приведены в табл. 3.6.

Плазменная сварка как на постоянном токе обратной полярности, так и на переменном токе обеспечивает получение швов с высокими механическими свойствами.

Микроплазменная сварка успешно применяется для алюминия и его сплавов толщиной 0,2-1,5 мм. Сварка выполняется на переменном токе (10-100 А) от специализированных источников питания.

При механизированной сварке скорость перемещения плазмотрона относительно стыка может достигать 60 м/ч., а при ручной сварке скорость составляет 12-16 м/ч. Сварные

232

соединения из технического алюминия равнопрочны основному материалу, а при сварке алюминиевых сплавов коэффициент прочности швов около 0,9.

Таблица 3.6 Режимы плазменной сварки стыковых соединений из

алюминиевого сплава АМг6

Одной из важнейших особенностей микроплазменной сварки является снижение деформации изделий на 25-30% по сравнению с обычной аргонодуговой сваркой.

Электрошлаковая сварка. В настоящее время освоена электрошлаковая сварка заготовок толщиной 200-300 мм из алюминия и алюминиевых сплавов. Экономически выгодно применять ЭШС при толщине металла более 25 мм.

ЭШС обеспечивает высокую производительность сварочных работ, что видно из сравнения двух способов сварки заготовок сечением 140x630 мм из сплава АМг6:

Сварка производится электродами большого сечения – пластинчатыми и плавящимися мундштуками. Электродную проволоку из алюминия диаметром вплоть до 5 мм применять затруднительно, это связано с необходимостью поддержания большого вылета электрода. Нагрев алюминиевой проволоки

233

на таком вылете приводит к потере его жёсткости, колебаниям в зазоре, нарушению электрического контакта в мундштуке. Вследствие этого устойчивость процесса нарушается, в сварном шве появляются непровары и несплавления.

В качестве флюсов используют смеси фторидов и хлоридов щелочных и щелочноземельных металлов. Поскольку такие флюсы в расплавленном состоянии имеют повышенную жидкотекучесть, принимают дополнительные меры для предотвращения их утечки через возможные зазоры между поверхностями деталей и формирующих устройств: асбестовые шнуры, глину и т.д.

При сварке алюминиевых сплавов рекомендуется использование безнатриевых флюсов (например, 30% KCl; 30% MgCl; 30% LiF; 10% MgF2), так как натрий, попадая в сварной шов, концентрируется на границах зёрен и снижает прочность и пластичность сварных швов.

Электрошлаковая сварка термически не обрабатываемых алюминиевых сплавов, содержащих в качестве легирующего элемента магний, не вызывает особых затруднений.

Термически упрочняемые сплавы, где в качестве, например, легирующего элемента применяют медь, претерпевают в процессе сварки разупрочнение в зоне термического влияния и появляется опасность образования кристаллизационных трещин в металле шва.

Сплав АМг6 толщиной 140 мм сваривают пластинчатым электродом из листового модифицированного цирконием сплава АМг6 с использованием флюса АН-А301, плотность тока 2,5-4 А/мм2, при напряжении на шлаковой ванне 29-31 В. Для формирования шва применены медные водоохлаждаемые кристаллизаторы.

Прочность сварных соединений, полученных ЭШС, не уступает механическим свойствам соединений, выполненных другими способами сварки, но средний коэффициент прочности не превышает 0,8.

234

Сварку термоупрочняемых сплавов следует осуществлять в условиях интенсивного отвода теплоты от свариваемых кромок, вести процесс сварки на жёстких режимах ( при повышенных скоростях перемещения ползунов) и дополнительно легировать металл шва, компенсируя снижение механических характеристик сварного соединения в целом.

Электронно-лучевая сварка (ЭЛС). Эффективным спосо-

бом соединения деталей и узлов из алюминиевых сплавов является ЭЛС.

При ЭЛС в вакууме успешно решается вопрос разрушения и удаления оксидной плёнки с поверхности свариваемых заготовок. Это происходит вследствие механического воздействия на плёнку паров металла, а также разложения оксида алюминия в процессе контакта твёрдой плёнки с жидким алю-

минием при температуре 1450°С и остаточном давлении не более 0,13 Па по реакции

Al2O3 тв + Alж → 3AlOг.

Упругость паров субоксида AlO при высокой температуре во много раз выше, чем алюминия, поэтому реакция будет идти вправо.

ЭЛС по сравнению с другими видами сварки плавлением имеет преимущество: твёрдожидкое состояние металла шва существует в течение весьма короткого промежутка времени. Поэтому внутренние напряжения, обусловленные этим состоянием металла, не успевают привести к образованию кристаллизационных трещин. Для высокопрочных алюминиевых сплавов можно избежать разупрочнения металла в околошовной зоне при высоких скоростях сварки, обеспечивающих минимальное термическое воздействие на основной металл.

Преимущества ЭЛС по сравнению, например, с автоматической аргонодуговой сваркой (АДС) иллюстрируют показатели сварки шпангоута из алюминиевого сплава типа 2219 толщиной 60 мм, приведенные ниже:

235